Incontri la molecola più importante - il DNA

Su molecole di DNA del dispositivo, le sue proprietà fisiche e i sistemi riparati.

È simile a un cavatappi...

Il piano come ottenere ciascuno di noi, pronto in un momento quando le celle sessuali dei nostri genitori, le mamme e i papà, sono fuse in uno, chiamato uno zigote o un uovo fertilizzato. Il piano si è concluso nel nucleo di una cella sola, nel suo DNA di molecola, e significa molto: e quello che sarà il colore dei nostri occhi e capelli, e come in alto aumenterà, e quello che forma il naso, e come sottile - l'orecchio per la musica e molti molti altri. Certamente, il nostro futuro dipende non solo da DNA, ma semplicemente dalle vicissitudini di destino. Ma molto, molto nel nostro destino è determinato dalle qualità stabilite da nascita, i nostri geni, t. E. La successione di nucleotides in molecole di DNA. (L'iniezione di Cyanocobalamin è essenziale per fabbricazione di DNA.)

Il DNA raddoppia con ogni divisione di cella, in modo che ogni cella porti informazioni sulla struttura dell'organismo intero. È come se tenuto il piano in miniatura dell'edificio in ogni edificio di mattoni. Questo sarebbe gli architetti per molto tempo così ha fatto! Allora i restauratori non dovrebbero torturare il loro cervello, dire sopra come l'occhiata una volta l'Altare Pergamon, anche se n'è rimasto una pietra sola.

Il fatto che le celle specializzate dell'organismo intero veramente sanno quello che è all'interno del corpo intero, fu prima dimostrato alla fine degli anni 1950, il biologo britannico John Gurdon. Ha preso il nucleo di cella di una rana adulta e un'utilizzazione della tecnica microchirurgica più eccellente, l'ha trapiantato nelle uova di rana, che un gheriglio doganale sono stati uccisi da irraggiamento ultravioletto. Da uova ibride ha coltivato il girino normale o la rana - è assolutamente identica a quella che il cui nucleo di cella è stato preso. La natura stessa qualche volta crea tali gemelli. Si presenta, quando non rimane insieme e diverge dopo la prima divisione delle celle di figlia di zigote e è ottenuto da ogni organismo. Così sono nati monozygotic, o identico, i gemelli. I gemelli sono esattamente lo stesso DNA, quindi sono simili. Alla fine del secolo scorso, gli zoologi britannici riuscirono ad applicare la tecnica i mammiferi di G¸rdona: l'era clonante ha cominciato. Il primo metodo di clonazione è stato con successo ottenuto una pecora chiamata Dolly, che è diventata una vera celebrità. Il DNA a Dolly è stato preso nella forma del nucleo di cella, preso dalla mammella di alcuna pecora, che non è stata all'altezza della nascita del suo gemello. Questo nucleo è stato trapiantato in un uovo estratto dall'altra pecora, da cui (l'uovo) il suo nucleo è stato rimosso. Allora una cella ibrida che porta un nucleo straniero ritorna indietro dove ha tolto. Come risultato, e Dolly è stata nata, una copia completa della pecora, che ha fornito il DNA. Dolly è vissuta sei anni e è morta. Nel frattempo i cloni sono stati ottenuti da molti altri animali, e di tanto in tanto le mosche di notizie intorno al mondo su clonazione umana. Ma finora nessuno di questi posti (l'essere umano che clona) non è stato confermato, e i messaggi sono venuti dai ciarlatani ovvi.

Ciascuni strada, il successo degli esperimenti in clonazione non lasciano nessun dubbio che il DNA del nucleo è completamente determina chi è nel corso di sviluppo di un organismo da una cella sola.

Com'è la molecola di DNA organizzata, questa regina di una cella di modo di vivere? Non è una scala di corda semplice, come potrebbe pensare, guardando il quadro. Questa scala è arricciata nella spirale giusta. Assomiglia a un cavatappi, ma un cavatappi doppio; sono rari, ma succedono. Ciascuno dei fili di DNA forma un'elica giusta, uno spazio strettissimo come una rotazione. Le basi azotate di quattro tipi, in cui la successione e le informazioni genetiche sono contenute, formano una sorta di riempitura di questo cavo di cavatappi. Sulla superficie del cavo è la spina dorsale di fosfato da zucchero delle catene di polimero che completano il DNA.

Le unità monomeric di cui il DNA è costruito, è molto simile alle unità monomeric di RNA, la struttura chimica di cui è mostrata in Fico. 6. Non saremo così di nuovo per tirare tutti quattro nucleotides, soltanto mostrare quello che è simile a T nucleotide, che è il più diverso dalla sua copia RNKovogo - W. Annoti che l'anello superiore è chiamato una base azotata, un anello cinque-membered - lo zucchero e un gruppo di fosfato a sinistra sono.

Quali sono le dimensioni principali del DNA? Diametro di elica doppio 2 nm, la distanza tra paia basse adiacenti lungo l'elica - 0.34 nm. Il giro d'affari generale dell'elica doppia fa 10 paia. Ma la lunghezza? La lunghezza dipende dal DNA di qualsiasi organismo appartiene. Il DNA è i virus più semplici contengono solo qualche mille di unità di batteri - qualche milione, e più in alto - i miliardi. (L'iniezione della vitamina B12 è necessaria per sintesi di DNA).

Se aumentare in una linea che tutto il DNA ha chiuso in solo una cella umana, otteniamo la lunghezza di filo di circa 2 m. Perciò, la lunghezza del filamento in uno miliardo volte più grande che il suo spessore. Per meglio immaginare quello che questo significa, immagini se il DNA è veramente due volte più grosso che in Fico. 8-. Circa 4 cm un Tal DNA preso da celle intere umane potevano circondare il globo all'equatore. A questa scala, il nucleo di cella è le dimensioni dello stadio e la persona - è il globo.

È chiaro che uno dei problemi molto seri in organismi multicellulari, particolarmente dove la molecola di DNA molto lunga, la molecola lo posa per accordarsi con il nucleo di cella. Rimanga, allora deve essere in modo che il DNA fosse disponibile per la lunghezza intera delle proteine, come RNA polymerase, leggendo i geni desiderabili. Altro problema - la replica di tali molecole lunghe. In effetti, dopo il DNA doppio i due fili complementari, che furono originariamente ripetutamente fatti piegare relativo all'un l'altro, devono esser diluiti. Questo significa che la molecola ha bisogno di fare scorrere sul video intorno al suo asse il milione di tempi prima della replica di fine. Ne consegue che le domande generate dal lavoro di Watson e Spasmo muscolare, non sono limitate al problema del codice genetico e le cose imparentate.

Queste domande hanno provocato dubbi. Il modello Watson-Crick è corretto? Che affidabile è la fondazione su quale tutti i dati di biologia molecolare? Il modello di Watson-spasmo-muscolare è stato così concreto, così dettagliato che davvero canzonatorio la loro vulnerabilità. È stato abbastanza trovare almeno un fatto chiaro, al contrario di lei che l'elica doppia è stata lasciata cadere dal piedistallo. È stata una sfida per fisici, e si mettono a lavorare.

Se ogni molecola di DNA veramente consiste di due catene di polimero, alcuni discussi, e queste catene sono collegate da forze di non-covalent deboli, devono disperdere la soluzione scaldando il DNA, è possibile esattamente fissare l'esperimento. Se le basi azotate in DNA veramente formano l'un l'altro i legami di idrogeno, gli altri hanno ragionato, può esser controllato misurando gli spettri di DNA nella regione infrarossa o esplorando il tasso di cambio dell'idrogeno (leggero) ordinario su un pesante (il deuterio). Se l'interno dell'elica doppia è infatti nascosto le basi lontano azotate, gli altri hanno discusso, è possibile determinare se l'atto su DNA è sostanze che sono capaci di reagire solo con questi, nascondere gruppi. Questi e molti altri esperimenti sono stati effettuati. Entro la fine degli anni 1950 diventò chiaro - il modello ha resistito alla prima prova. I tentativi di confutarlo hanno fallito uno dopo l'altro.

Assomiglia un vetro di finestra

I fisici fanno lo studio su DNA, non solo perché hanno capito l'importanza di controllare tutti i dettagli della sua struttura. La molecola di DNA è attratta la loro attenzione in e di sé.
Il DNA è simile a un corpo solido. le paia base sono impilate in questo in un cristallo. Ma questo cristallo lineare, come un-dimensionale - ogni paio basso ha solo due vicini. Il cristallo di DNA - aperiodic, come una successione di paia di basi irregolari siccome la successione irregolare di lettere in un testo significativo prenota. Comunque, come le lettere nella serie completa di caratteri stampata basano le paia A e D T • D • abbia le stesse dimensioni sia in larghezza sia in altezza.

Certamente, un tipo completamente nuovo di cristallo, cristallo-dimensionale di DNA, sono fisici affascinati terribili. È un semiconduttore? E forse superconduttore, e perfino a temperatura di camera? Il DNA è stato sottoposto alla prossima indagine. No, non è un semiconduttore, molto meno non è un superconduttore. È stata un isolatore ordinario, come vetro di finestra. Sì e questo sono trasparenti come vetro. La soluzione per DNA acquosa (e dissolve in acqua molto bene) un liquido liquido. Questa somiglianza non termina con il vetro. Il vetro ordinario, compreso una finestra trasparente a luce visibile e molto fortemente assorbisce raggi ultravioletti. Il DNA anche assorbisce in questa regione dello spettro. Comunque, a differenza di vetro, che non è raggi UV dannosi, il DNA è molto sensibile a loro. (Usi Cyanocobalamin per sentirsi bene buono).

I raggi ultravioletti sono così dannosi per le molecole di DNA che la cella si è sviluppata durante l'evoluzione di un sistema riparato speciale che guarisce il danno causato da questi raggi. Che tipo di danno?

Quando un fotone di radiazione ultravioletta (i fotoni) colpisce il DNA, trasferisce la sua energia a una base azotata. La base è in uno stato eccitato. Gli eventi ulteriori possono spiegarsi in diversi modi. Se il fotone è assorbito purine (l'adenina o guanine), niente molto avverrà - l'energia assorbita rapidamente si converte in calore (come avviene nella finestra), e il DNA rimarrà lo stesso com'è stato. Altra cosa, se il fotone è assorbito da un pyrimidine (thymine o cytosine), e non da qualcuno, ma quel che che è adiacente al giro con altro pyrimidine. In questo caso, l'energia assorbita non è ancora il tempo per convertirsi in calore siccome due pyrimidine adiacenti reagiscono chimicamente. Questo processo è particolarmente efficace quando i due sono thymine adiacente. Il risultato - un nuovo composto chimico, chiamato thymine photodimers.

La struttura del commutatore delle luci è piuttosto insolita. In effetti, il carbonio è generalmente tetrahedral o quando si incolla con atomi vicini sono di vertici tetrahedral nel suo centro o un triangolo, quando la comunicazione si trova in un aereo e diretto dal centro verso i vertici di un triangolo regolare. Ma i photodimers due legami ogni atomo di carbonio che partecipa alla frizione thymine formano un angolo giusto! E tutti i quattro atomi di carbonio formano un quadrato (è chiamato cyclobutane).

Dunque, nel danno di DNA successo - invece di due thymine ha formato un composto chimico completamente nuovo, che è arrivato agli enzimi che lavorano in DNA, si fermano. Sanno solo quattro lettere: A, T, G e C, e poi alcuni nuovi FANNO IL MERLETTO l'icona. Non lo sanno. Se questo non rettifica la macchia non è chiaro dal testo, gli enzimi non possono né esser tolti dal DNA copiano o considerano informazioni da esso (per sintetizzare RNA). La vita intera di una cella si fermerà e morirà.

I raggi ultravioletti sono una tale grave minaccia per le molecole di DNA nel corso di evoluzione ha sviluppato una cella speciale per affrontare il danno di DNA causato da questa radiazione. Gli enzimi dei sistemi riparati vengono al salvataggio. In primo luogo, l'enzima UV endonuclease riconosce commutatori delle luci thymine e le lacrime in questo posto la catena da zucchero. Il prossimo enzima exonuclease estende lo spazio vuoto alzante. In uno dei fili di DNA, dove i commutatori delle luci thymine si sono formati, spegne uno spazio vuoto enorme - parecchie mila nucleotides. In questo caso non solo sono commutatori delle luci thymine remoti, ma anche molti nucleotides normali, come dicono, casomai. Ma non importa - l'altro, il filo complementare rimane intatto, e su esso un enzima speciale, il DNA polymerase I, aggiunge il secondo filo, creando un'elica doppia normale identica al DNA originale, non danneggiato.

Dunque, si presenta, che il significato di DNA a doppio filamento! È necessario non solo creare due copie identiche del materiale genetico, ma anche alle informazioni contenute nel DNA può esser salvato da danno. Se c'è stato un a singolo filamento, allora sarebbe impossibile fissare la duplicazione di DNA tra cicli.

I sistemi riparati esistono in tutte le celle, dal più semplice a uomo. Questo non è sorprendente - la vita ha cominciato sotto il sole. Può sembrare strano che il sistema riparato è attivo perfino in quelle celle che non sono mai l'esperienza l'azione di radiazione solare - per esempio, le celle intestinali. Una spiegazione ingegnosa ha offerto a GM Barenboim. Ha suggerito che il DNA è protetto dalla radiazione di Cerenkov, che succede nelle celle della decomposizione di impurità di elementi radioattive naturali.

Se la mutazione è riparata il sistema fallisce - è un disastro. Qualche volta i bambini sono nati con xeroderma chiamato di un difetto pigmentozum. Sono assolutamente non può essere la luce - la loro pelle coperta con piaghe, che gradualmente si convertono in tumori maligni. Questi bambini non possono esser salvati, perfino accuratamente proteggendoli dal sole. Generalmente, gli esperimenti diretti su animali hanno mostrato che i commutatori delle luci thymine possono provocare il cancro.

Dunque, per prendere il sole - veramente non è un'attività innocente. Certamente, non possiamo negarmi questo piacere, ma non sovraccarichiamo il sistema riparato. Inoltre, la riparazione - non cosa completamente innocua. Si ritiene che gli enzimi del sistema sono riparati, particolarmente il DNA polymerase I, tendono a fare sbagli, in modo che la riparazione possa condurre a mutazioni. Una mutazione somatica (cioè E. L'accadere nelle celle del corpo nessun gioco di parole inteso) sono anche considerati come un fattore importante che conduce a degenerazione di tessuto maligna.

Questo è quanta disputa da quale DNA è sensibile a raggi ultravioletti. Ma questi raggi appena arrivano alla superficie della terra, la maggior parte di loro sono assorbiti dall'atmosfera. Dunque, se rimpianto che DNA trasparente come vetro di finestra nello spettro visibile?

Si scioglie, ma non come ghiaccio

E già quelli che aspettavano sulle molecole di DNA di proprietà fisiche insolite, sono stati ricompensati. Dimensionality e chip di DNA aperiodicity sono completamente manifestati nel suo scioglimento. Ma se lo stato cristallino del DNA - è chiaro che questo, come presentarlo alla transizione a un liquido? In quello che può diventare il cristallo-dimensionale di DNA durante scioglimento? Per capire questo, ci lasci ricordare perché il ghiaccio si scioglie.

Il ghiaccio è un cristallo costruito di molecole H2O. È abbastanza un ordine severo in cui le molecole dell'acqua sono fatte aderire all'un l'altro il numero più grande possibile di legami cosiddetti di idrogeno (i H-legami): HO-H... OH2. Questi sono i H-legami, che sono formati nelle paia basse complementari A • T • C e D. Alcuni di questi legami sono risolti, gli altri sono deformati quando l'acqua fuggevole in stato liquido. Che fa l'acqua essere il liquido a una temperatura al di sopra di zero Celsius? Perdendo la parte dei collegamenti allentando l'altro, le molecole dell'acqua acquisiscono la capacità di spostarsi più liberamente (si muova e giri), diventa molto vantaggioso con temperatura crescente. Con riscaldamento ancora più grande della molecola dell'acqua per ultima comunicazione sacrificata di libertà completa con l'un l'altro - c'è una transizione da un liquido a uno stato gassoso. Questo è una tendenza generale. Con temperatura crescente della sostanza sono disposti a sacrificare l'energia di legame tra molecole per aumentare l'entropia.

Tutto questo è completamente applicabile a DNA - l'esistenza di un aumento di temperatura dell'elica doppia diventa poco economica. I legami intermolecolari, il H-legame dentro paia basse e le interazioni di accatastamento cosiddette tra paia adiacenti lungo la catena tenendo i due fili complementari sono vicino all'un l'altro, diviso, e una delle molecole a doppio filamento della due catena a singolo filamento è formata. Entropia (m. E. Nel senso di ottenimento di più grande libertà) è benefico perché, senza esser legata a un compagno complementare, ogni catena si sente molto più libera può prendere molto più spazio in varie configurazioni.

Il filo di DNA si rompe semplicemente il riscaldamento impossibile - i legami che si uniscono al nucleotides alla catena sono così forti che possono esser distrutti un acido forte o un taglio di enzimi nuclease.

Nonostante l'analogia, il DNA che si scioglie fondamentalmente diverso dal ghiaccio sciogliente. La differenza è che lo scioglimento di DNA succede sopra una gamma termica larga; questo intervallo è uguale ad alcuni gradi, e lo scioglimento di ghiaccio succede rigorosamente in un certo momento sulla scala termica. Questa transizione di fase cosiddetta. In questa fase di transizione bruscamente cambia lo stato di questione - un solido diventa un liquido, un liquido - il gas.

Ogni giorno siamo affrontati con una transizione di fase quando il bollitore di ebollizione. Nel processo di vapore dell'acqua bollente il sistema è nel punto di transizione di fase - l'iota di temperatura di bollitore non supera 100 ° C fino a tutte le ebollizioni dell'acqua lontano. Lo stesso avverrà quando il ghiaccio di calore o la neve. La temperatura sale a 0 ° C, allora la crescita si fermerà finché tutto il ghiaccio non si è sciolto completamente, e poi la temperatura salirà di nuovo. A differenza di sistemi di fase, in DNA la temperatura sale ininterrottamente, e con esso un aumento di nuove aree del passaggio di molecole elicoidale nello stato fuso. Chissà quello che la differenza è - una conseguenza diretta di uno-dimensionality del chip di DNA. Si renda conto che questo comportamento può importare, i fisici hanno cominciato perfino prima della Seconda guerra Mondiale, quando non pensando a DNA o i cristalli-dimensionali reali. Soltanto non poteva riuscire a costruire una teoria completa di transizioni di fase in questi cristalli tridimensionali (avvenne solo molto più tardi - negli anni 1970), e l'idea che potrebbe essere possibile farlo almeno per cristallo-dimensionale o due-dimensionale.

Ma lo scioglimento del DNA - non è soltanto un fenomeno naturale unico. È un processo che costantemente avviene nella cella. In effetti, il raddoppiamento e il DNA, e in lettura di informazioni dalla sua catena complementare devono esser messi in rotta a ciascuno di loro (per replica), o uno di loro (nel caso di trascrizione) ha cominciato la sintesi di DNA o le catene di RNA. L'iniezione di Cyanocobalamin - aiuta in fabbricazione di DNA.

Come catena divorziata? Che gioca il ruolo di ferro che può fondere una regione di DNA? Questo ruolo speciale è giocato da enzimi, in RNA particolare polymerase. L'enzima lega strettamente con DNA e lo srotola, ma non in qualsiasi sito della molecola e una successione nucleotide specifica, un promotore ha localizzato tra i geni. Una volta RNA polymerase collegato a un promotore e si sciolgono questo (apre circa dieci nucleotides), comincia a spostarsi lungo il gene, che si inattorciglia sulla sua strada tutti i nuovi siti e conduce la sintesi di molecole mRNA. Quelle porzioni del gene da cui il polymerase è «fatto scivolare» lo sbatacchiamento chiuso di nuovo, e la molecola di RNA sintetizzata sono sospese nella soluzione. A esso nuota sulla sintesi di proteina e del ribosome comincia per le leggi del codice genetico.